Làm SMD PCB tại nhà (Phương pháp Photoresist): 12 Bước (Có Hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

Làm PCB tại nhà có lẽ là một nghệ thuật đang chết dần chết mòn, vì ngày càng nhiều công ty sản xuất PCB sẽ in bảng mạch của bạn và giao họ đến tận nhà với giá cả hợp lý. Tuy nhiên, việc biết cách tạo ra PCB vẫn sẽ tỏ ra hữu ích khi tạo ra các nguyên mẫu hoặc thay thế mạch bị hư hỏng đó sẽ mất hàng tuần để xuất xưởng. Ngoài ra, các kỹ năng cần thiết để khắc PCB có thể hữu ích để khắc nhiều vật liệu khác với thiết kế sáng tạo.

Trong phần hướng dẫn này, tôi sẽ chỉ cho bạn cách khắc bảng một mặt, áp dụng mặt nạ hàn và hàn một số thành phần SMD để tạo bảng thử nghiệm cho một số đèn LED RGB WS2812B.

Bước 1: Vật liệu:

Dưới đây là danh sách tất cả các vật liệu bạn sẽ cần để khắc và điền vào bảng mạch của mình.

• Bảng đồng mạ *
• Rượu
• Axeton
• Khay nhựa
• Etchant **
• Thành phần hội đồng quản trị
• Các tấm trong suốt bằng máy in phun hoặc Laserjet
• Bộ nhíp
• Trạm hàn với súng hơi nóng (dành cho SMD)
• Thợ chụp ảnh
• Tuôn ra
• Bím tóc rũ rượi
• Hàn dán
• Mặt nạ Hàn

* Không khuyến khích sử dụng bảng đồng phủ sợi thủy tinh vì chúng có thể hơi khó cắt.

** Tôi đã sử dụng dung dịch Hydrogen Peroxide và HCl 2: 1, lần lượt là 3% và 30%.

Bước 2: Thiết kế mạch của bạn

Có rất nhiều chương trình có sẵn để thiết kế mạch của bạn. Phần mềm tôi sử dụng nhiều nhất là Eagle, có thể không tiên tiến như một số phần mềm PCB khác có sẵn, nhưng nó miễn phí và dễ sử dụng. Nó cho phép bạn tạo bảng có tối đa hai lớp. Eagle gần đây đã được mua bởi Autodesk, vì vậy nó có thể được quan tâm nhiều hơn trong lĩnh vực chuyên nghiệp trong tương lai.

Nếu bạn không quen với thiết kế PCB, tôi khuyên bạn nên xem qua các tài liệu hướng dẫn khác, cũng có những hướng dẫn tuyệt vời trên youtube, như hướng dẫn của Jeremy Blum.

Trong hình, bạn có thể thấy một mạch trông như thế nào sau khi hoàn thành. Trong trường hợp này, mạch này sẽ được sử dụng để kiểm tra một số đèn LED WS2812B.

Tôi đã đính kèm các tệp Eagle trong trường hợp bạn muốn lưu hoặc sửa đổi mạch.

Bước 3: Xuất PCB Phủ định được nhân bản

Đáng buồn thay, Eagle không có tùy chọn đảo ngược màu sắc của mạch trước khi in, do đó, cần thực hiện thêm một số bước.

Khi bạn đã hoàn thành mạch của mình, hãy chọn dấu vết, miếng đệm và những thứ khác mà bạn muốn khắc, sau đó xuất nó thành tệp PDF. Làm điều tương tự chỉ đối với miếng đệm, điều này sẽ được sử dụng để tiếp xúc với mặt nạ hàn.

Eagle xuất PDF ở độ phân giải 600dpi, thường là cùng độ phân giải của máy in của bạn, vì vậy không cần điều chỉnh kích thước.

Để đảo ngược màu của tệp PDF, tôi đã sử dụng Gimp. Tôi đã mở tệp với độ phân giải 600dpi * và tiến hành đảo màu bằng cách chọn mạch và sử dụng công cụ đảo ngược. Tôi cũng dán các miếng đệm bên cạnh để in tất cả cùng một lúc.

Tôi đã đính kèm tệp PDF trong trường hợp bạn muốn in mạch này, không cần thay đổi kích thước.

* Cảnh báo: Đặt bất kỳ độ phân giải nào trong phần mềm chỉnh sửa ngoài 600dpi sẽ dẫn đến thay đổi kích thước khi in mà khó sửa. Ngoài ra, hãy đảm bảo rằng mạch của bạn được phản chiếu để có thể lật ngược lại với bột mực hoặc mực ép vào bo mạch.

Bước 4: Chuẩn bị giấy trong suốt

Sau khi đảm bảo tất cả các thành phần vừa khít với mạch trên giấy, mạch và miếng đệm sẽ được in lên một tấm nền trong suốt.

Thông thường, một độ trong suốt là không đủ, một số lỗ có thể xuất hiện để ánh sáng đi qua, để lại những vùng lộ ra nơi chúng ta không muốn. Nó có thể là một vấn đề lớn có thể dễ dàng khắc phục bằng cách xếp chồng một độ trong suốt khác lên trên.

Các tấm kính trong suốt được dán bằng epoxy và xếp hàng và epoxy còn lại để đóng rắn. Đặt độ trong suốt dưới một bề mặt phẳng là một ý tưởng hay, để độ trong suốt hoàn toàn bằng phẳng sau khi epoxy đóng rắn. Phần thừa được cắt tỉa trước khi thực hiện bước tiếp theo.

Bước 5: Chuẩn bị Ban

Bảng đồng được điểm hai mặt và được bẻ theo kích thước. Nó cũng được làm sạch bằng một miếng chấm điểm và một ít xà phòng để để lại một bề mặt sáng bóng và sạch sẽ. Rượu cũng có thể được sử dụng để làm sạch bất kỳ chất cặn bã nào còn sót lại.

Đảm bảo không có bụi hoặc dấu vân tay trên bảng, vì bất kỳ chất nào còn sót lại sẽ quyết định sự thành công của bước tiếp theo.

Bước 6: Dán phim Photoresist

Cắt một miếng phim cản quang nhỏ. Bộ phim được cấu tạo bởi ba lớp, một lớp nhựa ở trên và dưới và chất hóa học quang học được kẹp ở giữa. Để tách phim, tôi đặt hai miếng sellotape trên một cạnh và sau đó kéo ra, một tấm phim trong suốt sẽ bong ra và sẽ bị loại bỏ, mặt dính (mặt có chất cản quang tiếp xúc) dính vào bảng dễ dàng mà không có bọt khí.

Để tấm phim dính hoàn toàn vào bo mạch, cần phải áp dụng một số nhiệt. Phương pháp được ưa chuộng sử dụng máy ép lam đã thay đổi, nhưng bàn ủi hoặc bếp điện cũng có thể hoạt động. Trong trường hợp của tôi, tôi đang sử dụng bếp điện trong nhà bếp của tôi. Một miếng giấy được sử dụng ở giữa để ngăn màng nhựa nóng lên quá nhiều.

Bước 7: Tiếp xúc với Photoresist

Độ trong suốt dính vào chất cản quang với sự trợ giúp của một giọt nước. Sau đó nó được chiếu tia UV.

Điều quan trọng là mực in hoặc mực in trên bảng trong suốt phải tiếp xúc với bảng, nếu không ánh sáng có thể lọt vào giữa phim và bảng và gây ra một số khuyết tật.

Thời gian tiếp xúc sẽ phụ thuộc vào cường độ của nguồn UV của bạn. Trong trường hợp của tôi, 30 giây trong máy trưng bày PCB tự chế của tôi là đủ. Dưới bóng đèn CFL bình thường có thể cần vài phút.

Bước 8: Loại bỏ Thợ chụp ảnh chưa phơi sáng

Khi PCB đã được tiếp xúc, độ trong suốt sẽ bị loại bỏ và lớp màng nhựa chứa chất cản quang sẽ bị bong ra. Chất cản quang sẽ bị cứng lại và sẽ bị dính vào bảng.

Chất cản quang chưa phơi sáng được loại bỏ trong dung dịch 1% Natri cacbonat *. Cần có bàn chải để làm tan nhanh những chỗ không bị hở. Bảng đồng sẽ hiển thị sau khi hoàn thành việc này.

Khi điều này đã được thực hiện, bảng được tiếp xúc với ánh sáng UV một lần nữa để làm cứng hoàn toàn chất cản quang và chuẩn bị cho quá trình khắc.

* Sodium Carbonate còn được gọi là Soda rửa. Nếu bạn không có quyền sử dụng Sodium Carbonate, bạn có thể tạo ra một ít bằng cách đun nóng Sodium Bicarbonate (Baking Soda) trong lò nướng ở 200ºC trong vài giờ.

Bước 9: Khắc bảng

Bảng được khắc trong dung dịch 2: 1 Hydrogen Peroxide và HCl (Axit Muriatic), thường mất khoảng 10 phút. Sau đó, chất cản quang được loại bỏ bằng cách ngâm bảng trong axeton cho đến khi nó bong ra.

Các cạnh của bảng cuối cùng cũng được cắt và chà nhám. Sau khi bo mạch đã được khắc, kiểm tra tính liên tục được thực hiện để đảm bảo không có hiện tượng đoản mạch.

Bước 10: Đắp mặt nạ hàn

Một đốm lớn của mặt nạ hàn được áp dụng ở trung tâm của bảng. Độ trong suốt được dán lên trên và đốm mặt nạ hàn được ép đều. Quy trình tương tự như trước đây được sử dụng để phơi bày PCB. Mặt nạ hàn chưa phơi sáng được loại bỏ bằng nước máy và bàn chải.

Trong một số trường hợp, mặt nạ hàn có thể dính vào độ trong suốt, do đó, một miếng màng polypropylene được kẹp ở giữa. Lau bảng bằng cồn và khăn giấy sẽ làm cho bảng khá sáng bóng.

Đắp mặt nạ hàn có thể hơi phức tạp, như bạn có thể thấy, một số vết đã bong ra, nhưng điều đó có thể chấp nhận được.

Bước 11: Hàn các thành phần

Một chút keo hàn được áp dụng cho mỗi miếng đệm. Các thành phần SMD được đặt trên các tấm đệm. Đừng lo lắng nếu nó trông giống như một mớ hỗn độn, sau khi áp dụng nhiệt, sức căng bề mặt của thiếc nóng chảy sẽ kéo các thành phần thẳng ra. Mặt nạ hàn sẽ ngăn không cho hàn dính vào bất kỳ nơi nào khác ngoài các miếng đệm.

Các thành phần được làm nóng bằng súng nhiệt ở nhiệt độ 300ºC trong vài giây cho đến khi keo hàn nóng chảy. Sau đó, nó được để nguội từ từ trong vài phút. Các phương pháp khác có thể được sử dụng (nung nóng lại, đĩa nóng…).

Một số đầu ghim được hàn vào mạch trước khi kiểm tra nó trên bảng mạch.

Bước 12: Kiểm tra đèn LED

Một chương trình Arduino đơn giản với thư viện FastLED được sử dụng để điều khiển các đèn LED. Điều tốt về đèn LED WS2812B là chúng không cần điện trở, vì có một vi mạch bên trong điều chỉnh dòng điện. Toàn bộ mảng cũng có thể được điều khiển với một đầu vào duy nhất.

Bảng thử nghiệm nhỏ này đã được hoàn thành thành công và đã đến lúc chuyển sang các dự án lớn hơn.

Nếu bạn thích dự án này và muốn xem các hướng dẫn chuyên sâu hơn về một số chủ đề được thảo luận ở đây, vui lòng thích hướng dẫn này và cân nhắc bỏ phiếu cho cuộc thi LED.

Cảm ơn đã xem!